ბაიერის რგოლის სტრესის თეორია

როგორც ტექსტშია განმარტებული რეაქციების დამატება, ეს ორგანული რეაქციები ჩვეულებრივ ხდება ნაერთებთან, რომლებსაც აქვთ გაჯერება (ორმაგი ბმა ან სამმაგი), რომელშიც პი კავშირი გაწყვეტილია, რაც ატომების ან ატომთა ჯგუფების ჯაჭვში შესვლის საშუალებას იძლევა. ნახშირბადოვანი

ამასთან, ამ ტიპის რეაქცია ასევე ხდება ციკლოალკანები (დახურული ჯაჭვის ნახშირწყალბადები ნახშირბადებს შორის მხოლოდ გაჯერებული (მარტივი) ბმით), რომლებსაც აქვთ სამი ან ოთხი ნახშირბადის ატომი. გაითვალისწინეთ ქვემოთ მოცემული მაგალითი, რომელიც არის ციკლოპროპანის ბრომირება (ჰალოგენაციის რეაქცია):

CH₂
/ \ + ძმ₂ → ძმ CH₂ CH₂ CH₂ ─ ძმ
ჰ₂C CH₂

ანალოგიურად, ასევე არსებობს რეაქციის დამატება, რომელსაც ჰიდროჰალოგენერაცია ეწოდება ან ჰალოგენის დამატება, როგორც ნაჩვენებია ქვემოთ:

CH₂
/ \ + HBr → ჰ CH₂ CH₂ CH₂ ─ ძმ
ჰ₂C CH₂

გაითვალისწინეთ, რომ ორივე შემთხვევაში, მოლეკულა გატეხეს და წარმოიქმნება ღია ჯაჭვის ნაერთები.

მაგრამ ეს ასე მარტივად არ ხდება ციკლოალკანებში ხუთი ან მეტი ნახშირბადის ატომით. მეორეს მხრივ, ამ ნაერთების შესრულება უფრო სავარაუდოა ჩანაცვლების რეაქციები

, რომელშიც კავშირი არ არის გაწყვეტილი, არამედ ნახშირბადთან შეკრული ერთი ან მეტი წყალბადის ატომი ჩანაცვლდება სხვა ელემენტების ატომებით.

ციკლოპენტანს შეუძლია კვლავ მოახდინოს დამატებით რეაქცია, მაგრამ მხოლოდ უფრო მაღალ ტემპერატურაზე (დაახლოებით 300 ° C). ციკლოჰექსანის შემთხვევაში, ეს ძალიან რთულია. სინამდვილეში ეს არის ჩანაცვლების რეაქციები, როგორიცაა შემდეგი ქლორირება:

CH₂ CH₂
/ \ / \
ჰ₂C CH₂ ჰ₂C CH კლ
│ │ + კლ₂│ │ + Hკლ
ჰ₂C CH₂ ჰ₂C CH₂
\ / \ /
CH₂ CH₂

ნახშირბადის ხუთი ან მეტი ატომის მქონე ბეჭდები არ რეაგირებენ ჰიდროჰალინის მჟავებთან, მაგალითად HBr, გარდა ამისა, რეაქციებთან.

რატომ ხდება ეს? რატომ ახორციელებენ სამ ან ოთხ ნახშირბადოვან ციკლოალკანებს დამატებით რეაქციებს, ხოლო ციკლოალკანები უფრო მეტი ნახშირბადის ატომებით?

კარგი, ეს იმიტომ ხდება, რომ ციკლოპროპანი და ციკლობუტანი უფრო არასტაბილურია, ამიტომ მათი კავშირების გაწყვეტა უფრო ადვილია.

იოჰან ფრიდრიხ ადოლფ ფონ ბაიერი (1835-1917)

ამის ასახსნელად, გერმანელმა ქიმიკოსმა იოჰან ფრიდრიხ ადოლფ ფონ ბაიერმა (1835-1917) შექმნა 1885 წელს ე.წ. ბეჭდის სტრესის თეორია, რამაც აჩვენა ის ნახშირბადის ატომების მიერ შექმნილი ოთხი ბმა უფრო სტაბილური იქნება, როდესაც მათ ექნებათ კუთხე 109º 28 ', როგორც ეს ხდება შემდეგ მეთანთან დაკავშირებით:

მეთანის ოთხი ერთჯერადი ბმის კუთხეა 109º 28 '

ეს არის ყველაზე სტაბილური კუთხე, რადგან ის შეესაბამება მაქსიმალურ მანძილს ატომებს შორის tetrahedral გეომეტრიაში. ამით, ელექტრონული მოგერიება (ატომების ვალენტურ შრეებში ელექტრონებს შორის მოგერიება) პატარავდება.

ციკლოალკანებს სამი, ოთხი და ხუთი ნახშირბადი აქვთ 109º 28 '-ზე ნაკლები ნახშირბადის ბმის კუთხე. შეხედე:

ციკლოალკანური ობლიგაციების კუთხეები

ამ რეალური კუთხეების საფუძველზე, რომლებსაც შეგვიძლია ზოგადად α ვუწოდოთ, ობლიგაციის სტრესის გაანგარიშება შეიძლება განხორციელდეს შემდეგი ფორმულის გამოყენებით:

დაძაბულობა = 109º 28' - α
2

ჩვენ ვიცით, რომ ციკლოპროპანი არის ყველაზე არასტაბილური და ასევე ყველაზე რეაქტიული ციკლოალკანი და ეს დასტურდება მისი ბეჭდის ძაბვის გაანგარიშებით, ვიდრე დანარჩენებთან შედარებით:

ციკლოპროპანის ძაბვა = 109º 28' – 60º = 109º – 60º + 28' = 49º + 28' = 24,5º + 14
2 2 2

როგორც 0.5º = 30, მაშინ ჩვენ გვაქვს:

ციკლოპროპანის ძაბვა = 24º + 30 '+ 14' = 24º 44'

ციკლობუტანის ძაბვა = 109º 28' – 90º = 9º 44'2

ციკლოპენტანის ძაბვა = 109º 28' – 108º = 0º 44'2

ბაიერის დაძაბულობის თეორიის თანახმად, რაც უფრო მეტია ეს დაძაბულობა, მით უფრო არასტაბილური იქნება ციკლი, ანუ განსხვავება რეალურ კუთხეს (α) და თეორიულ კუთხეს (109º 28 ') შორის, უფრო არასტაბილური და, შესაბამისად, უფრო რეაქტიული იქნება ნივთიერება.

ამიტომ ციკლოპროპანი ციკლოალკანებს შორის ყველაზე ნაკლებად სტაბილურია.

ამასთან, ბაიერის თეორიაში მოხდა შეცდომა, რადგან თუ ამ სტრესის გაანგარიშებას გავაგრძელებთ ციკლოჰექსანისთვის, სადაც შეერთების კუთხე 120 ° იქნება, ვნახავთ, რომ მნიშვნელობა კიდევ უფრო მცირე იქნება, ვიდრე ციკლოპროპანისა, რაც -5 ° 16-ის ტოლია. ეს მიუთითებს იმ ფაქტზე, რომ ციკლოჰექსანი კიდევ უფრო არასტაბილური უნდა იყოს და ახორციელებს დამატებით რეაქციებს, რაც პრაქტიკაში ასე არ ხდება.

ამ ფაქტის ახსნა იპოვა 1890 წელს, გერმანელმა ქიმიკოსმა ჰერმან საქსემ და დაადასტურა, 1918 წელს, ასევე გერმანელმა ქიმიკოსმა ერნსტ მორმა. ამ მეცნიერთა აზრით, შეცდომა ბაიერის რგოლის სტრესის თეორიაში იმაში მდგომარეობს იმაში, რომ მან ჩათვალა, რომ ყველა ციკლოალკანი თანპლანარულია, ანუ მათი ნახშირბადის ყველა ატომი ერთ სიბრტყეშია, თანაგამოიყენეთ ზემოთ ნაჩვენები მათი სტრუქტურების ნახაზები.

ამასთან, სინამდვილეში, ციკლოალკანების რგოლები ხუთზე მეტი ნახშირბადის ატომებით არ არის ბრტყელი, არამედ მათი ატომები. შეიძინეთ სივრცითი კონფორმაციები, რომლებიც ანადგურებენ დაძაბულობას კავშირებს შორის და ამყარებენ 109º 28 'კუთხეს შორის კავშირები

მაგალითად, გადახედეთ ციკლოჰექსანის შემთხვევას. სინამდვილეში, ეს არ არის ბრტყელი, რომლის ობლიგაციებს შორის 120 ° -იანი კუთხეა, მაგრამ, სინამდვილეში, მისი ატომები "ბრუნავენ", ქმნიან ორ შესაძლო კონფორმაციას, "სავარძლის" და "ნავის" კონფორმაციას:

პრაქტიკაში ციკლოჰექსანის შესაძლო კონფორმაციები

გაითვალისწინეთ, რომ რადგან ციკლოჰექსანის რეალური კუთხე უდრის 109 º 28 ', ის ძალიან სტაბილური ნაერთია, ამიტომ მისი მოლეკულა არ იშლება და ამით არ მონაწილეობს დამატების რეაქციებში. ასევე გაითვალისწინეთ, რომ "სკამის" ფორმა ყველაზე სტაბილურია, რადგან ის ყოველთვის უპირატესობს ნარევებში რადგან, ამ კონფორმაციის დროს, ნახშირბადთან დაკავშირებული წყალბადის ატომები ერთმანეთისგან უფრო შორს არიან. სხვები

ჯენიფერ ფოგაჩას მიერ
დაამთავრა ქიმია

წყარო: ბრაზილიის სკოლა - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/teoria-das-tensoes-dos-aneis-bayer.htm